浮遊帯溶融法によるアイセーフレーザ用ツリウム添加バナジン酸希土類単結晶の育成

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13650888
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 樋口 幹雄 北海道大学, 大学院・工学研究科, 助手 (40198990)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 小平 紘平 北海道大学, 大学院・工学研究科, 教授 (60002002)
• Keywords: 浮遊帯溶融法 / レーザ結晶 / アイセーフ / ツリウム / バナジン酸希土類 / 単結晶

Research Abstract

近年、目に対する安全という観点から、アイセーフレーザが注目されている。ツリウム(Tm)を活性イオンとすると、1.5μm付近の目に安全な波長帯でのレーザ発振ができるとともに、励起源として汎用半導体レーザ(LD)の使用が可能となる。LD励起Tmレーザの母結晶としてはYAGよりも励起光波長付近での吸収帯がより広い希土類バナジン酸塩(YVO_4あるいはGdVO_4)が適している。本研究では、浮遊帯溶融(FZ)法により良質なTm:YVO_4およびTm:GdVO_4単結晶を再現性よく育成する条件を確立し、その基本的な光学特性を明らかにすることを目的とした。
本年度は、浮遊帯溶融法によるTm:YVO_4およびTm:GdVO_4単結晶の基本的な育成技術の検討をおこなった。Tm添加量をYに対して5-10%とし、10-20mm/hの引き下げ速度、30-60rpmの回転数で[001]あるいは[110]方位への育成をおこなった。[001]方位の育成では、成長軸と[001]方位とのわずかな違いが、小傾角粒界の発生を誘発し、結晶の品質を劣化させることがわかった。一方、[110]育成では、小傾角粒界のない結晶が比較的容易に得られた。Tm添加量が10%の場合には、育成速度20mm/h、回転数30rpmの条件では、包有物の取り込みが観察されたが、育成速度を10mm/hとする、あるいは回転数を60rpmとすることにより、巨視的欠陥のない結晶が得られることがわかった。現段階では、Tm添加量10%、口径5mm、長さ80mmの良質なTm:YVO_4およびTm:GdVO_4単結晶を再現性よく育成することに成功している。
今後、Tm添加量の増量、育成速度の高速化について検討するとともに、得られた結晶について、分光学的特性を明らかにしてレーザ発振をおこない、レーザ材料としての可能性を明らかにする。